Показатель текучести расплава пластмасс (ПТР)

Показатель текучести расплава (ПТР) — одна из основных характеристик термопластичных материалов, используемая при входном контроле сырья, контроле технологического процесса и оценке стабильности свойств полимеров. Показатель характеризует способность расплавленного термопласта протекать через капилляр при заданных температуре и нагрузке.  Определение ПТР применяется при производстве и переработке полиэтилена, полипропилена, полистирола, полиамида, поликарбоната и других термопластичных материалов. Испытания проводят производители полимерного сырья, перерабатывающие предприятия, испытательные лаборатории и отделы технического контроля.

Что показывает показатель текучести расплава

При нагревании термопласт переходит в вязкотекучее состояние. Различные полимерные материалы, марки и отдельные партии сырья могут заметно отличаться по характеру течения расплава. Определение ПТР позволяет количественно оценить это свойство при установленных условиях испытания.

Расплавленный полимер выдавливается через капилляр определенной геометрии под воздействием заданной нагрузки. В зависимости от метода определяется масса материала, экструдированного за установленное время, либо объем расплава, прошедшего через капилляр. Значение ПТР необходимо рассматривать вместе с условиями испытания. Температура и приложенная нагрузка непосредственно влияют на получаемый результат, поэтому корректно сравнивать показатели, определенные при одинаковых условиях.

Для чего определяют ПТР пластмасс

Определение показателя текучести расплава используется для решения нескольких практических задач.

1. Входной контроль сырья. Испытание позволяет проверить поступивший термопластичный материал перед его использованием в производстве и сопоставить полученные значения с требованиями нормативной или технической документации.
2. Сравнение партий материала. Изменение ПТР может свидетельствовать о различиях технологических свойств отдельных партий полимерного сырья.
3. Контроль стабильности производства. Показатель используется при контроле материалов, предназначенных для литья под давлением, экструзии и других способов переработки термопластов.
4. Контроль вторичного полимерного сырья. Определение ПТР позволяет сопоставлять свойства первичных и переработанных материалов и оценивать стабильность их характеристик.
5. Исследовательские и лабораторные работы. MFR и MVR применяются при сравнении различных марок и составов полимеров, в том числе наполненных и модифицированных материалов.

Таким образом, ПТР является удобным показателем для контроля однородности и стабильности свойств термопластичного сырья.

Как интерпретировать значение ПТР

В общем случае более высокое значение ПТР при одинаковых условиях испытания соответствует более легкому течению расплава через капилляр. При меньшем значении материал оказывает большее сопротивление течению.  Однако оценивать материал по принципу «чем выше ПТР, тем лучше» некорректно. Требуемый диапазон зависит от вида полимера, его марки, назначения изделия и технологии переработки. Материалы одного химического типа, предназначенные для различных способов переработки, могут иметь существенно отличающиеся показатели текучести расплава. Так что полученный результат следует сопоставлять:

• с требованиями нормативной или технической документации на материал;
• с паспортными характеристиками конкретной марки полимера;
• с результатами предыдущих или контрольных партий;
• с результатами, полученными при одинаковых температуре и нагрузке.

ПТР также не является прямым измерением динамической вязкости расплава. Это стандартизированный технологический показатель, удобный для сравнительного контроля термопластичных материалов.

Определение ПТР по ГОСТ 11645-2021

Методы определения показателя текучести расплава термопластичных пластмасс устанавливает ГОСТ 11645-2021 «Пластмассы. Методы определения показателя текучести расплава термопластов». При испытаниях термопластов также применяются международные стандарты ISO 1133-1 и ASTM D1238. Стандарт ГОСТ 11645-2021 предусматривает два метода определения.

Метод А — по массе, ПТР (MFR). Определяется масса материала, экструдированного через капилляр, с последующим расчетом показателя за 10 минут.

Метод Б — по объему, ПТРV (MVR). Определяется объем расплава, экструдированного за 10 минут, на основании измерения перемещения поршня.

Если известна плотность расплава при температуре испытания, значения MFR и MVR могут быть взаимно рассчитаны. Температура и нагрузка выбираются в соответствии с требованиями нормативной или технической документации на испытываемый материал. В ГОСТ 11645-2021 для используемого при испытании прибора применяется термин «экструзионный пластометр». В технической документации и на сайте ООО «Эталон-Профит» для оборудования серии ИИРТ-400 используется наименование «пластомер». Оба варианта относятся к оборудованию, предназначенному для определения показателя текучести расплава термопластов.

Как проводится определение ПТР

Для проведения испытания используется специальный лабораторный прибор — экструзионный пластомер (экструзионный пластометр в терминологии ГОСТ 11645-2021). Общий порядок определения ПТР включает несколько этапов:

1. Рабочая камера пластомера нагревается до установленной температуры.
2. Подготовленный термопластичный материал загружается в цилиндр.
3. Материал выдерживается при заданной температуре в соответствии с методикой испытания.
4. На поршень прикладывается установленная нагрузка.
5. Расплав полимера выдавливается через калиброванный капилляр.
6. В зависимости от используемого метода определяется масса экструдированного материала либо перемещение поршня.
7. На основании полученных данных рассчитывается значение MFR или MVR.

Для получения воспроизводимых результатов необходимо соблюдать установленные требования к подготовке материала, температуре, нагрузке и времени проведения отдельных этапов испытания.

Что влияет на результат определения ПТР

Метод определения показателя текучести расплава относительно прост, однако результат зависит от ряда факторов.

ПТР при входном контроле полимерного сырья

Одним из наиболее распространенных применений метода является контроль поступающих партий термопластичного сырья. Например, предприятие получает несколько партий гранулированного полимера одной марки. По внешнему виду материал практически не отличается, однако его технологические характеристики могут различаться.

Определение ПТР позволяет проверить полученное значение, сопоставить его с установленным диапазоном и оценить стабильность свойств сырья до его использования в производстве. По этой причине экструзионные пластомеры применяются на предприятиях по производству и переработке пластмасс, в отделах технического контроля, испытательных лабораториях и исследовательских центрах.

Оборудование для определения показателя текучести расплава

Для определения ПТР применяются экструзионные пластомеры, обеспечивающие нагрев исследуемого материала до заданной температуры, воздействие установленной нагрузкой и экструдирование расплава через капилляр. ООО «Эталон-Профит» производит и поставляет приборы для определения показателя текучести расплава термопластов серии ИИРТ-400.

В зависимости от исполнения пластомеры предназначены для определения:

• показателя текучести расплава по массе — ПТР / MFR;
• показателя текучести расплава по объему — ПТРV / MVR.

Пластомеры ИИРТ-400 представлены в каталоге компании в нескольких исполнениях для решения различных лабораторных задач. При выборе пластомера необходимо учитывать применяемый метод определения ПТР, виды исследуемых термопластов, рабочие температуры и нагрузки, требования используемых нормативных документов и необходимый уровень автоматизации испытания.

Комплексный контроль свойств пластмасс

Определение ПТР характеризует поведение термопласта в расплавленном состоянии, однако не заменяет механические испытания материала. При комплексном контроле пластмасс дополнительно определяют прочность и относительное удлинение при растяжении, модуль упругости, характеристики при изгибе, ударную вязкость и другие параметры. Для проведения таких испытаний применяются универсальные испытательные машины, захваты и приспособления, экстензометры, маятниковые копры, а при необходимости исследования материала при заданной температуре — температурные камеры и печи. Совместное определение технологических и механических характеристик позволяет получить более полную информацию о свойствах полимерного материала и стабильности его качества.

Заключение

Показатель текучести расплава — важная характеристика термопластичных материалов, применяемая при входном контроле сырья, сравнении различных партий и контроле стабильности свойств полимеров. При оценке результата необходимо учитывать не только полученное числовое значение, но и условия испытания — температуру, нагрузку, материал и применяемую методику. Для определения ПТР по массе (MFR) и по объему (MVR) применяются экструзионные пластомеры. В ГОСТ 11645-2021 для данного типа оборудования используется термин «экструзионный пластометр», при этом для приборов серии ИИРТ-400 ООО «Эталон-Профит» сохраняется установленное в технической документации наименование «пластомер». Выбор конкретного исполнения прибора зависит от требований лаборатории, исследуемых материалов и используемых методов испытаний.